【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防火設備及び特定防火設備として使用される防火ガラスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、防火ガラスとしては、網入りガラス、風冷強化ソーダ石灰ガラス、風冷強化硼珪酸ガラスが用いられてきた。
【０００３】
網入りガラスは、金属網をガラス板全面に亘って肉厚の略中間に埋設することによって、機械的強度や熱的強度を向上させた防火ガラスである。一方、風冷強化ソーダ石灰ガラスや風冷強化硼珪酸ガラスは、ガラス板をガラスの軟化点以上の温度で加熱した後、冷却空気を高圧で吹き付けることにより、ガラス板の表面層に圧縮応力を付与させて強化する、いわゆる風冷強化処理が施され、機械的強度や熱的強度を向上させた防火ガラスである。
【０００４】
また、上記以外にも、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスをイオン交換処理して強化した防火ガラスが開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１８２１８２号公報
【特許文献２】
特許第２５５９５７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、網入りガラスは、埋設された金属網があるため、意匠性が悪いだけでなく、火災時においても、避難活動や消火活動に支障をきたす。また、熱膨張係数が略９０×１０−７／℃と大きいので、耐熱性に劣り、火災時には破損してしまうという問題を有していた。
【０００７】
また、風冷強化硼珪酸ガラスや風冷強化ソーダ石灰ガラスは、機械的強度を向上させるためには、風冷強化処理温度を、ガラスの軟化点と略同等かもしくはそれ以上の温度にして風冷強化処理を行わなければならず、その結果、ガラス表面にうねりが生じたり、ガラスに反りが発生したりして、像の歪みが生じやすい。
【０００８】
また、特許文献１（特開平１０−１８２１８２号公報）や特許文献２（特許第２５５９５７２号公報）に記載のイオン交換強化ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、Ａｌ２Ｏ３含有量が５％以下と少なく、また、アルカリ酸化物として、Ｌｉ２Ｏを含有せず、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏしか含まないため、イオン交換処理によって機械的強度が向上する程度が低く、防火性能が低い。
【０００９】
本発明の目的は、火災時において、非難活動や消化活動に支障をきたさず、防火性能が高く、うねりやそりがない防火ガラスを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の防火ガラスは、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７５％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３５％、Ｌｉ２Ｏ ０．５〜１５％の組成を有し、イオン交換処理されたガラスからなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の防火ガラスは、Ａｌ２Ｏ３を多量に含有し、Ｌｉ２Ｏを含有するアルミノシリケートガラスからなるため、具体的には、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７５％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３５％、Ｌｉ２Ｏ ０．５〜１５％の組成を有し、イオン交換処理されたガラスからなるため、機械的強度や耐熱衝撃強度が高く、防火性能に優れる。
【００１２】
上記のようにガラス組成を限定した理由は、以下の通りである。
【００１３】
ＳｉＯ２は、ガラスの骨格を形成する成分であり、その含有量は５０〜７５％、好ましくは５５〜７５％、より好ましくは６０〜７２％である。ＳｉＯ２が５０％よりも少ないと、歪点が低下するとともに熱膨張係数が大きくなって、耐熱衝撃強度が低くなり、７５％より多いと、ガラスの溶融が困難になる。
【００１４】
Ａｌ２Ｏ３もＳｉＯ２と同様に、ガラスの骨格を形成する成分であり、その含有量は１０〜３５％、好ましくは１０〜３０％、より好ましくは１２〜２８％である。Ａｌ２Ｏ３が１０％よりも少ないと、歪点が低下して耐熱衝撃強度が低くなるとともに、イオン交換処理に時間がかかり、イオン交換処理を施しても機械的強度が向上する程度が低い。３５％よりも多いと、ガラスが失透しやすく、またガラスの粘度が高くなり、ガラスの溶融が困難になる。
【００１５】
Ｌｉ２Ｏは、ガラスの粘度を調整するとともに、イオン交換成分であり、合量で０．５〜１５％、好ましくは１〜１０％、より好ましくは１〜７％である。Ｌｉ２Ｏが０．５％よりも少ないと、イオン交換しても充分な機械的強度を得ることができず、１５％よりも多いと、ガラスが失透しやすくなる。
【００１６】
また、本発明の防火ガラスのガラス組成としては、上記成分以外にも、ガラスの粘性、熱膨張係数、失透性、溶融性等を調整する目的で、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｐ２Ｏ５等を各々１０％まで、Ｓｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ａｓ２Ｏ３及びＣｌからなる群より選ばれた一種又はニ種以上の清澄剤を合量で２％まで含有させることができる。尚、Ａｓ２Ｏ３は、環境上、有害であるため使用しない方がよい。
【００１７】
また、本発明の防火ガラスは、歪点が６００℃以上、熱膨張係数が２０〜６０×１０−７／℃、可視光域の平均透過率が９０％以上であるガラスからなると、耐熱衝撃性や耐熱性に優れ、イオン交換処理時の急熱急冷にも耐えることができるため好ましい。
【００１８】
上記した特性を有するガラスとしては、ＳｉＯ２ ６０〜７２％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２８％、Ｌｉ２Ｏ １〜７％、Ｎａ２Ｏ ０〜５％、Ｋ２Ｏ ０〜５％、ＭｇＯ ０〜５％、ＺｎＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜８％、ＴｉＯ２ ０〜８％、ＺｒＯ２ ０〜７％、Ｐ２Ｏ５ ０〜７％、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜２％、ＳｎＯ２ ０〜２％の組成を有するガラスであると好ましい。
【００１９】
また、本発明の防火ガラスは、フロート法、ダウンドロー法、ロールアウト法等の周知の成形法によって作製されたガラス板を使用できる。
【００２０】
次に、本発明のイオン交換処理方法について以下に説明する。
【００２１】
まず、上記した組成を有するガラス板を、ガラスの軟化点以下の温度、より具体的にはガラスの徐冷点よりも少し低い温度に保った硝酸カリウム（ＫＮＯ３）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）等の溶融塩に、４〜４８時間浸漬させる。この処理によって、ガラス表面において、ガラス中のイオン半径の小さいＬｉ＋イオンと、溶融塩中のイオン半径の大きいＮａ＋イオンもしくはＫ＋イオンとのアルカリイオンの交換反応が進行し、ガラス表面の容積増加が起こり、ガラス表層中に圧縮応力が発生し、その結果、ガラス板の機械的強度が向上する。
【００２２】
このようにイオン交換処理によって化学強化されたガラスは、風冷強化処理に代表される物理強化されたガラスよりも、２倍以上の機械的強度を得ることができる。
【００２３】
また、イオン交換処理方法は、形状や肉厚の制約を受けず、徐冷点よりも低い温度で処理を行うため、ガラスの寸法変化や変形を伴わず、また表面の硬度が高くなるため、キズがつきにくく、さらには、イオン交換処理を行った後でも切断加工、端面加工等の加工が可能であるという特徴を有するものである。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の防火ガラスを実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
表１は、実施例と比較例１〜３を示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
実施例及び比較例３の防火ガラスは以下のようにして作製した。
【００２８】
まず、表中の組成になるように調合したバッチ原料を溶融窯に投入し、１６００〜１６５０℃で溶融した後、溶融ガラス生地を、ロール成形し、次いで徐冷して、９００×１８００×５ｍｍのガラス板を作製した。尚、比較例１は、市販の肉厚が５ｍｍのソーダ石灰ガラス板（窓板）を、比較例２は、市販の肉厚が５ｍｍの硼珪酸ガラス板を用いた。
【００２９】
次にこれらのガラス板から熱膨張係数、軟化点、歪点測定用試料を切り出した。
【００３０】
さらに、２５×６０×５ｍｍの曲げ強度測定用試料と、９００×６００×５ｍｍの防火試験用試料を切り出し、曲げ強度測定用試料と防火試験用試料については、イオン交換処理又は風冷強化処理を施した。
【００３１】
すなわち、実施例及び比較例３は、試料を５００℃に保持したＫＮＯ３溶融塩中に２４時間浸漬することによってイオン交換処理を行った。また、比較例１及び２は、試料を軟化点と同じ温度に設定した電気炉中に入れ、１時間保持した後取り出し、冷却空気を吹き付けることによって風冷強化処理を行った。
【００３２】
表１から明らかなように、本発明の実施例は、イオン交換処理により、曲げ強度が非常に高くなったため、防火試験で破損せず、また、イオン交換処理後の外観品位も、うねりや反りがなく問題がなかった。さらに、熱膨張係数が４２×１０−７／℃低く、歪点が６４０℃と高いため、耐熱衝撃性にも優れていると判断される。
【００３３】
一方、比較例１及び２は、風冷強化処理によって、曲げ強度が高くなり、防火試験で破損しなかったものの、風冷強化処理後の外観品位が悪く、像がゆがんで見えた。比較例３は、イオン交換処理後の外観品位は問題なかったが、イオン交換処理を行ったものの、曲げ強度が１９０ＭＰａと低めで、防火試験において、破損した。
【００３４】
尚、表中の３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、Ｄｉｌａｔｏ計を用いて測定した。軟化点及び歪点は、Ｆｉｂｅｒ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ法によって測定した。
【００３５】
また、イオン交換や風冷強化処理の前後で、機械的強度を曲げ強度によって評価し、曲げ強度は３点荷重法を用いて測定した。
【００３６】
外観品位は、イオン交換処理や風冷強化処理を行った後のガラス板の外観を目視によって観察し、全く像に歪みが見られない場合を「○」、像にゆがみがみられる場合を「×」とした。
【００３７】
防火性能は、試料の片面に加熱炉をセットし、ＩＳＯ８３４の標準加熱曲線に準じ、２０分後に７８１℃、６０分後に９４５℃となるように加熱し、加熱後６０分経過しても、試料が破損せず、防火試験に合格したものを「○」、試料が破損し、防火試験に合格しなかったものを「×」として評価した。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の防火ガラスは、機械的強度や耐熱衝撃強度が高く、防火性能に優れ、機械的強度を向上させる処理を行っても外観品位が維持されるため、防火設備及び特定防火設備に用いる防火ガラスとして好適である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to fire prevention equipment and fire prevention glass used as specific fire prevention equipment.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as fire-resistant glass, netted glass, air-cooled tempered soda-lime glass, and air-cooled tempered borosilicate glass have been used.
[0003]
Netted glass is fire-resistant glass in which mechanical strength and thermal strength are improved by embedding a metal net almost in the middle of the thickness over the entire surface of a glass plate. On the other hand, air-cooled tempered soda-lime glass and air-cooled tempered borosilicate glass apply a compressive stress to the surface layer of the glass plate by heating the glass plate at a temperature higher than the softening point of the glass and then blowing high-pressure cooling air. This is a fireproof glass that has been subjected to a so-called air-cooling tempering treatment to enhance the mechanical strength and the thermal strength.
[0004]
In addition to the fire protection glass with enhanced SiO 2 -Al 2 O 3 -B 2 O 3 based glass by ion exchange treatment is disclosed (for example, see Patent Documents 1 and 2.).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-10-182182 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2559572
[Problems to be solved by the invention]
However, the netted glass has a buried metal net, so not only has poor design, but also hinders evacuation and extinguishing activities in the event of a fire. Further, since the coefficient of thermal expansion is as large as about 90 × 10 −7 / ° C., there is a problem that heat resistance is inferior and the material is damaged in a fire.
[0007]
Further, in order to improve mechanical strength, air-cooled tempered borosilicate glass or air-cooled soda lime glass is set by setting the air-cooling tempering temperature to a temperature substantially equal to or higher than the softening point of the glass. It is necessary to perform a cold strengthening process, and as a result, the glass surface is undulated or the glass is warped, so that image distortion is likely to occur.
[0008]
Further, Patent Document 1 (JP-A-10-182182) and Patent Document 2 ion exchange strengthening SiO 2 -Al 2 O 3 -B 2 O 3 based glass described in (Japanese Patent No. 2559572) is, Al 2 O 3 The content is as low as 5% or less, and the alkali oxide does not contain Li 2 O and contains only Na 2 O or K 2 O. Therefore, the degree of improvement in mechanical strength by ion exchange treatment is low. Low fire protection performance.
[0009]
An object of the present invention is to provide a fire prevention glass which has high fire prevention performance without swelling and warpage without interfering with slamming and digestive activities in a fire.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The fire prevention glass of the present invention has a composition of 50 to 75% of SiO 2 , 10 to 35% of Al 2 O 3 , and 0.5 to 15% of Li 2 O by mass%, and is made of ion-exchanged glass. It is characterized by the following.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Since the fire protection glass of the present invention contains a large amount of Al 2 O 3 and is made of aluminosilicate glass containing Li 2 O, specifically, 50% to 75% of SiO 2 and Al 2 O 3 by mass% Since it has a composition of 10 to 35% and Li 2 O of 0.5 to 15% and is made of ion-exchanged glass, it has high mechanical strength and thermal shock resistance, and is excellent in fire protection performance.
[0012]
The reasons for limiting the glass composition as described above are as follows.
[0013]
SiO 2 is a component that forms the skeleton of glass, and its content is 50 to 75%, preferably 55 to 75%, and more preferably 60 to 72%. When the content of SiO 2 is less than 50%, the strain point is lowered and the coefficient of thermal expansion is increased, and the thermal shock resistance is reduced. When the content is more than 75%, melting of the glass becomes difficult.
[0014]
Al 2 O 3 is also a component forming a glass skeleton similarly to SiO 2, and its content is 10 to 35%, preferably 10 to 30%, more preferably 12 to 28%. If the content of Al 2 O 3 is less than 10%, the strain point decreases, the thermal shock resistance decreases, and the ion exchange treatment takes a long time. Even if the ion exchange treatment is performed, the degree of improvement in mechanical strength is low. . If it is more than 35%, the glass tends to be devitrified, the viscosity of the glass increases, and the melting of the glass becomes difficult.
[0015]
Li 2 O adjusts the viscosity of the glass and is an ion exchange component. The total amount is 0.5 to 15%, preferably 1 to 10%, more preferably 1 to 7%. If Li 2 O is less than 0.5%, sufficient mechanical strength cannot be obtained even by ion exchange, and if it is more than 15%, glass tends to be devitrified.
[0016]
Further, in addition to the above components, the glass composition of the fireproof glass of the present invention includes Na 2 O, K 2 O, MgO, and the like for the purpose of adjusting the viscosity, thermal expansion coefficient, devitrification, melting property, and the like of the glass. CaO, ZnO, BaO, B 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , P 2 O 5, etc., each up to 10%, a kind selected from the group consisting of Sb 2 O 3 , SnO 2 , As 2 O 3 and Cl Alternatively, two or more fining agents can be contained in a total amount of up to 2%. As 2 O 3 is harmful to the environment and should not be used.
[0017]
In addition, when the fire-resistant glass of the present invention is made of glass having a strain point of 600 ° C. or more, a coefficient of thermal expansion of 20 to 60 × 10 −7 / ° C., and an average transmittance in a visible light region of 90% or more, thermal shock resistance is obtained. It is preferable because it is excellent in heat resistance and heat resistance and can withstand rapid heating and quenching during ion exchange treatment.
[0018]
As a glass having the above characteristics, SiO 2 60~72%, Al 2 O 3 12~28%, Li 2 O 1~7%, Na 2 O 0~5%, K 2 O 0~5%, MgO 0~5%, 0~5% ZnO, BaO 0~8%, TiO 2 0~8%, ZrO 2 0~7%, P 2 O 5 0~7%, Sb 2 O 3 0~2%, SnO Preferably, the glass has a composition of 20 to 2%.
[0019]
Further, as the fire prevention glass of the present invention, a glass plate produced by a well-known molding method such as a float method, a down draw method, and a roll out method can be used.
[0020]
Next, the ion exchange treatment method of the present invention will be described below.
[0021]
First, a glass plate having the above composition is kept at a temperature lower than the softening point of the glass, more specifically, at a temperature slightly lower than the annealing point of the glass, such as potassium nitrate (KNO 3 ) and sodium nitrate (NaNO 3 ). For 4 to 48 hours. By this treatment, on the glass surface, an alkali ion exchange reaction between Li + ions having a small ionic radius in the glass and Na + ions or K + ions having a large ionic radius in the molten salt proceeds, and the volume of the glass surface is increased. An increase occurs and a compressive stress is generated in the glass surface layer, and as a result, the mechanical strength of the glass sheet is improved.
[0022]
In this way, the glass chemically strengthened by the ion exchange treatment can obtain a mechanical strength twice or more that of the physically strengthened glass represented by the air-cooling tempering treatment.
[0023]
In addition, the ion-exchange treatment method is not restricted by the shape and thickness, and is performed at a temperature lower than the annealing point, so that the dimensional change and deformation of the glass are not accompanied, and the hardness of the surface is increased. It is characterized in that it is not easily scratched, and that it is possible to perform processing such as cutting and end face processing even after performing ion exchange processing.
[0024]
【Example】
Hereinafter, the fire prevention glass of the present invention will be described in detail based on examples.
[0025]
Table 1 shows Examples and Comparative Examples 1 to 3.
[0026]
[Table 1]
[0027]
The fire prevention glasses of the example and the comparative example 3 were produced as follows.
[0028]
First, a batch raw material prepared so as to have the composition shown in the table was put into a melting furnace and melted at 1600 to 1650 ° C., and then a molten glass material was roll-formed and then gradually cooled to 900 × 1800 × 5 mm Was prepared. In Comparative Example 1, a commercially available soda-lime glass plate (window plate) having a thickness of 5 mm was used, and in Comparative Example 2, a commercially available borosilicate glass plate having a thickness of 5 mm was used.
[0029]
Next, samples for measuring thermal expansion coefficient, softening point and strain point were cut out from these glass plates.
[0030]
Further, a 25 × 60 × 5 mm bending strength measurement sample and a 900 × 600 × 5 mm fire protection test sample were cut out, and the bending strength measurement sample and the fire protection test sample were subjected to ion exchange treatment or wind-cooling strengthening treatment. gave.
[0031]
That is, in Example and Comparative Example 3, the sample was immersed in a KNO 3 molten salt kept at 500 ° C. for 24 hours to perform the ion exchange treatment. In Comparative Examples 1 and 2, the samples were placed in an electric furnace set at the same temperature as the softening point, held for 1 hour, taken out, and subjected to wind-cooling treatment by blowing cooling air.
[0032]
As is clear from Table 1, the examples of the present invention did not break in the fire prevention test because the bending strength became extremely high due to the ion exchange treatment, and the appearance quality after the ion exchange treatment was undulating or warped. There was no problem. Further, since the thermal expansion coefficient is as low as 42 × 10 −7 / ° C. and the strain point is as high as 640 ° C., it is judged that the thermal shock resistance is excellent.
[0033]
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the bending strength was increased by the air-cooling treatment, and the fire-proof test did not cause damage. However, the appearance quality after the air-cooling treatment was poor, and the images appeared distorted. In Comparative Example 3, although the appearance quality after the ion exchange treatment was not a problem, although the ion exchange treatment was performed, the bending strength was as low as 190 MPa, and it was broken in the fire prevention test.
[0034]
In addition, the coefficient of thermal expansion in the temperature range of 30 to 380 ° C. in the table was measured using a Dilatometer. The softening point and strain point were measured by the Fiber Elongation method.
[0035]
Before and after the ion exchange and the air cooling treatment, the mechanical strength was evaluated by the bending strength, and the bending strength was measured by using a three-point load method.
[0036]
The appearance quality was evaluated by visually observing the external appearance of the glass plate after performing the ion exchange treatment and the air-cooling strengthening treatment.If no distortion was observed in the image, `` ○ '' was indicated, and if the image was distorted, `` ○ '' × ”.
[0037]
For the fire prevention performance, a heating furnace was set on one side of the sample, and the sample was heated to 781 ° C after 20 minutes and 945 ° C after 60 minutes according to the standard heating curve of ISO834. Was evaluated as "O" when the sample did not break and passed the fire protection test, and as "X" when the sample was broken and did not pass the fire test.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the fire protection glass of the present invention has high mechanical strength and high thermal shock resistance, excellent fire protection performance, and the appearance quality is maintained even when a process for improving mechanical strength is performed. It is suitable as fire protection glass used for specific fire protection equipment.
